STUDI ANALISA PREDIKSI RESPON AIR GAP SEMI SUBMERSIBLE AKIBAT GERAKAN KOPEL HEAVE-PITCH PADA GELOMBANG ACAK
... .
....,,
.......
·~"'
TUGASAKHIR
(LL 1327)
STUDI ANALISA PREDIKSI RESPON AIR GAP
SEMI SUBMERSIBLE AKIBAT GERAKAN KOPEL
HEAVE-PITCH PADA GELOMBANG ACAK
!< S[Ce__
6q.:J2
~
J'- r
~6j
P E 1t •· \ '
:i 1 !>, ~
A A ft
1 T S
, ..-. -r.. :.
Disusun Oleh:
•·~
.T...11
~
-.-J-..,--+-.!:BIIllll
.....
RO'UF SYAIFUDDIEN
NRP. 4398 100 026
JURUSAN TEKNIK KELAUTAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2005
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI ANALISA PREDIKSI RESPON AIR GAP
SEMI SUBMERSIBLE AKIBAT GERAKAN KOPEL
HEAVE-PITCH PADA GELOMBANG ACAK
NRP : 4398.100.026
Surabaya,
Agustus 2005
~
Mengetabui!Menyetujui
s
-
Dr. Ir. Eko Budi Djatmiko, M,.Sc.
NIP. 131.407.591
Kelautan
(
_,.
Ir.Imam'Rochani, M.Sc.
NIP. 131.417.209
~
toko, M.T.
I}~
.;zts
Q}§
•
0 G . ~/
.
•
• •
,. . __ _,·,$
, ....--.......... ,
•
••
•
00
. .'-'/ 0
~
--------
----
ABSTRAK
Oleh:
Ro 'uf Syaifuddien
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Eko Budi Djatmiko, MSc.
lr. Sujantoko, MT.
Dua studi terpisah yang berkaitan dengan analisa prediksi respon air gap pada struktur terapung
(dalam hal ini semi submersible) diperlihatkan disini. 1) Untuk mengetahui efek gelombang yang
mengakibatkan gerakan struktur terapung. Sehingga dapat diprediksi respon struktur pada gelombang
reguler dan irreguler dengan variasi tinggi gelombang dan sarat akibat gerakan kopel heave-pitch.
Variasi kondisi sarat berdasarkan kondisi operational draft dan survival draft.
2) Untuk mengetahui respon air gap pada tiap-tiap titik tinjauan berbeda pada semi submersible
dengan menyelesaikan statistika respon air gap tiap ditinjau dari tiap titik. Dengan melakukan variasi
tinggi gelombang dan kondisi sarat (operational draft dan survival draft) untuk mengetahui peluang
amplitudo air gap ekstrim ditinjau dari tiap titik. Dengan demikian dapat diketahui batas tinggi
gelombang signifikan, saat kondisi sarat, dan titik tinjauan yang memungkinkan semi submersible
tersebut tidak mengalami slamming (hempasan gelombang pada dek).
Kata-kata Kunci:
air gap, gelombang, heave, irreguler, kopel, pitch, reguler, respon, semi
submersible
- l1l-
ABSTRACT
By:
Ro'ufSyaifuddien
Under Supervision:
Dr. Ir. Eko Budi Djatmiko, MSc.
Ir. Sujantoko, MT.
Two separate studies related to analytical prediction of the air gap for floating structure (in this
semi submersible) presented here. 1) To obtain influence wave effect generating to floating
motion. So we can predicting response of the structure on the reguler and irreguler wave
variation of wave height and draft condition on the coupled heave-pitch motion. Variation of
condition pursuant to operational draft and survival draft condition.
2) To predicting air gap response at different location by examining statistical response at
field points of the semi submersible. With variation of wave height and draft condition (
draft and survival draft) to obtain probability of extreme air gap amplitudo at different
Therefore, the boundary of significant wave height, loaded draft condition at different field ponts
semi submersible can be identified due slamming (wave impact on deck).
Keywords:
air gap, couple, heave, irreguler, pitch, reguler, response, semi sub1me:rsili>ld.
wave.
- lV-
KATAPENGANTAR
Assalaamu' alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillahi Rabbil ' alamin, segala puja dan puji kami panjatkan kepada
- -.~,
SWT, Tuhan seru sekalian alam. Atas Ridlo dan seluruh pertolongan-NYA
penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini, yang
Ridlo dan pertolongan-NYA penulis tak mampu berbuat apa-apa. Terima kasih
Rabb, atas anugerahmu, hambamu dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini uengap
judul :
STUDI ANALISA PREDIKSI RESPON AIR GAP SEMI
AKIBAT GERAKAN KOPEL HEAVE-PITCH P ADA GELOMBANG ACAK
Shalawat dan Salam pasti tercurah kepada junjungan kita Nabi Besar
SAW, yang dengannya Allah SWT menurunkan tuntunan dan rahmat bagi
alam, hidayah yang tiada terkira. Salamku untukmu panutanku, salam dari mrunustll
penuh dosa ini, untukmu Nabiyullah dan Rasulullah, semoga kelak di
syafaatmu dapat menyertaiku.
Penulis telah mengerahkan daya dan upaya demi tersusunnya Tugas Akhir ini '"~UJI·
n"'~
sebaik-baiknya. Akan tetapi tak ada gading yang tak retak, tentunya masih
kekurangan dan kelemahan yang ada dalam penulisan Tugas Akhir ini. Untuk
penulis mengharap banyak kritik dan saran yang membangun demi
men
. gk~it
kualitas Tugas Akhir ini, dan yang terakhir semoga apa yang penulis berikan
Tugas Akhir ini dapat menjadi sumbangan bagi Jurusan Teknik Kelautan
kh1sum
r~
dan Ilmu Pengetahuan pada umumnya.
Amin...
Wassalamualaikum Wr. Wb.
Surabaya, Januari 2005
Penyusun
- v-
UCAPAN TERIMAKASill
Alhamdulillah,segala puji hanya milik Allah Azza Wa Jalla, Rabb seluruh alam.
Dengan segala pertolongan dan hidayah-Mu yaa Allah, hamba-Mu ini dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tanpa Engkau yaa Rabb, hamba-Mu ini takkan
mampu berbuat apa-apa, terima kasih yaa Rabb atas segalanya. Shalawat dan salam
pasti tercurah pada kekasih-Mu, Rasul utusan-Mu, pembawa risalah-risalah-Mu dan
manusia yang Engkau ciptakan sempurna akhlaknya, yaitu Muhammad Rasulullah,
al-amin, semoga aku dapat benar-benar menjadi pengikutmu yaa Rasulullah. Amin.
Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini tidak lepas dari dorongan dan bantuan dari
pihak-pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah memberikan
bantuannya baik itu secara moral maupun fisik:. Untuk itu penulis dengan tulus ikhlas
ingin mengucapkan banyak terima kasih pada pihak-pihak sebagai berikut:
Terimakasih kami ucapkan pada kedua orang tua ku, Hj. Marwijah dan H. Anwar
yang dengan kucuran keringat dan airmata mendorong dan memberi semangat
sehingga dapat melahirkan seorang srujana. Tanpa keringat dan airmata ayah ibu
mungkin aku tidak dapat seperti ini. Dan mohon maaf apabila selama ini kurang
membagi waktu untuk Keluarga sehingga menyusahkan ayah ibu. Semoga Allah
Yang Maha Mengasihi membalas segala curahan kasih sayang dengan rahmat dan
hidayah-Nya. Untuk Saudara-saudariku, mas Didien, bak Lala & mas Bagus serta si
kecil Cia, dan adik:ku Hodjiek, terimakasih atas segala bantuannya, baik moril dan
materiil. Semoga Allah Yang Maha Mengasihi memberikan rahmat dan hidayah
kepada mereka.
Kepada Dr. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc., selaku Dosen Pembimbing I, dan Ir.
Sujantoko, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir dan Dosen Pembimbing II yang
dengan kesabaran tinggi membimbing dan membantu kami sehingga terwujud tugas
akhir ini. Terimakasih atas ilmu pengetahuan yang telah kami dapatkan selama ini
dan mohon maaf yang sebesar-besarnya apabila ada sikap dan perilaku yang kurang
berkenan selama membimbing kami.
- Vl-
Kepada Ir. Imam Rochani, M.Sc. selaku dosen wali sekaligus ketua Jurusan Teknik
Kelautan, yang selama tujuh tahun dengan sabar rnernbirnbing dan rnernberi nasehat
yang sangat bermanfaat. Hanya dengan ucapan terirnakasih kami dapat rnernbalas
segala kernurahan hati Bapak.
Seluruh dosen staf pengajar dan karyawan Jurusan Teknik Kelautan khususnya dan
Fakultas Teknologi Kelautan pada umumnya, kami ucapkan terirnakasih sebesarbesarnya atas segala budi baik yang kami terirna selama ini.
Untuk ternan-ternan segala angkatan yang pemah rneramaikan kampus bersama
kami, khususnya angkatan 98, angkatan rnalam dan angkatan yang
terirnakasih atas kebersarnaan dan segala sumbangsih yang telah kami terirna
:)v1ruu.a 1
ini. Sernoga apa yang kita cita-citakan bersama dapat terwujud.
Seluruh pihak-pihak yang terkait secara langsung rnaupun tidak langsung
terwujudnya tugas akhir ini, kami ucapkan beribu-ribu terirnakasih. Dan apabila
suatu hal yang selama ini tidak berkenan di hati, kami rnohon rnaaf yang set>es;ai
besarnya. Sernoga amal ibadah yang telah kita lakukan diterirna oleh Allah SWT
Dan segala sesuatunya tidak akan rnenjadi sia-sia.
A min.
Surabaya,
Januari 2005
Ro'uf Syaifuddien
- Vll-
DAFTARISI
HALAMAN MUKA
LEMBARPENGESAHAN
ABSTRAK
KATAPENGANTAR
UCAP AN TERIMAKASIH
DAFTARISI
DAFTAR TABEL
DAFTARGAMBAR
DAFTAR GRAFIK
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR NOTASI
PENDAHULUAN
BABI
1.1
Latar belakang Masalah
1.2
Perumusan Masalah
1.3
Tujuan Penulisan
1.4
Manfaat Penulisan
1.5
Batasan Masalah
1.6
Sistematika Penulisan
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
BABII
2.1
Tinjauan Pustaka
1
2.2
Landasan Teori
1
Hukum Kesamaan
1
Kesamaan Geometris
1
2.2.2
Gerakan Struktur Terapung
1
2.2.3
Properti Fisik Semi Submersible
1
2.2.3.1
Komponen Massa
1
2.2.3.2
Konsep Massa Tambah
1
2.2.3.3
Kekakuan Hidrostatis
1
2.2.1
2.2.1.1
- Vlll -
2.2.3.4
2.2.4
Redaman Fluida
Gelombang Laut
2.2.4.1
Gelombang Reguler
2.2.4.2
Teori Gelombang Airy
2.2.4.3
Gelombang Irreguler
2.2.5
Gaya Eksitasi Gelombang
2.2.6
Persamaan Gaya Inviscid
2.2.7
Respon Gerakan Struktur
2.2.8
Respon Air Gap
2.2.9
Respon Amplitudo Operator
2.2.10
Spektrum Energi Gelombang
2.2.11
Spektra Respon
BABIII
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Diagram Alir
3.2
Data
3.3
Metodologi Penelitian
3.4
Metode Analisa
BABIV
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Analisa Hasil
4.1.1
Persiapan Model
4.1.2
Perhitungan Behan Gelombang
4.1.2.1
Perhitungan Gaya yang Bekerja pada Struktur
4.1.2.2
Perhitungan Momen yang Bekerja pada Struktur
4.1.3
Perhitungan Komponen Massa
4.1.3.1
Perhitungan Massa Total Struktur
4.1.3.2
Perhitungan Inersia Total Struktur
4.1.4
Perhitungan Kekakuan Hidrostatis
4.1.5
Frekuensi Natural, Redaman Kritis, dan Rasio Redaman
4.2
5
Pembahasan
- lX-
4.2.1
RAO Semi Submersible
4.2.2
Spektrum Energi Gelombang
4.2.3
Spektrum Respon
4.2.4
Respon Ekstrim Air Gap
BABV
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
5.2
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
-X-
53
DAFTAR TABEL
35
Tabel 3.1
Karakteristik Veslefrikk Platform
Tabel4.1
Hasil Perhitungan Gaya yang Bekerja pada SSM Veslefrikk
41
Kondisi Operational Draft
Tabel4.2
Hasil Perhitungan Gaya yang Bekerja pada SSM Veslefrikk
43
Kondisi Survival Draft
Tabel4.3
Hasil Perhitungan Momen yang Bekerja pada SSM Veslefrikk
45
Kondisi Operational Draft
Tabel4.4
Hasil Perhitungan Momen yang Bekerja pada SSM Veslefrikk
Kondisi Survival Draft
47
Tabel4.5
Perhitungan Massa Pontoon SSM Veslefrikk
49
Tabel4.6
Perhitungan Massa Tambah Pontoon SSM Veslefrikk
50
Tabel4.7
Hasil Perhitungan Massa Total SSM Veslefrikk
50
Tabel4.8
Perhitungan Inersia Pontoon SSM Veslefrikk
50
Tabel4.9
Perhitungan Inersia Tambah Pontoon SSM Veslefrikk
51
Tabel4.10
Hasil Perhitungan Inersia Total SSM Veslefrikk
51
Tabel4.11
Hasil Perhitungan Kekakuan Hidrostatis SSM Veslefrikk
52
Tabel4.12
Hasil Perhitungan Frekuensi Natural Redaman Kritis
52
Rasio Redaman SSM Veslefrikk
Tabel4.13
Zeroth Moment (mo) dan Second Moment (mz) SSM Veslefrikk
56
Kondisi Operational Draft
Tabel4.14
Zeroth Moment (mo) dan Second Moment (mz) SSM Veslefrikk
56
Kondisi Survival Draft
Tabel4.15
Respon Air Gap SSM Veslefrikk Ekstrim
57
Kondisi Operational Draft
Tabel4.16
Respon Air Gap SSM Veslefrikk Ekstrim
57
Kondisi Survival Draft
.............
.
~
. ~ .',
..,.......
. i:: ,...,\. w"'
-XI-
fl":
DAFTAR GAMBAR
4
Gambar 1.1
Perkembangan konfigurasi Semi Submersible
Gambar 1.2
Konfigurasi Semi Submersible
11
Gambar2.2
Enam Derajat Kebebasan Gerakan Struktur Terapung
15
Gambar2.3
Karakteristik Gelombang Reguler
20
Gambar 2.4
Gelombang irreguler yang terbentuk dari beberapa gelombang
Sinusoidal
22
Gambar2.5
Profil gelombang irreguler
24
Gambar 3.1
Diagram Alir Perhitungan Respon
34
Gambar 3.2
Konfigurasi Veslefrikk Platform
36
Gambar 3.3
Perubahan Air Gap Akibat Gerakan Kopel Heave-Pitch
37
Pada Semi Submersible
Gambar 3.4
Empat Titik!Field Point Pada Semi Submersible
Dan Pembagian Srip Pada Pontoon
38
Gambar4.1
Persiapan Pontoon Sebelum Dianalisa
39
Gambar4.2
Gaya Pressure X Area Yang Beketja Pada Pontoon
40
Gambar4.3
Gaya Inersia Yang Beketja Pada Pontoon
40
Gambar4.4
Gaya Yang Beketja Pada Tutup Kolom
41
Gambar4.5
Perhitungan Inersia Pontoon
51
Gambar4.6
Perhitungan Inersia Kolom
51
- Xll-
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1
Kurva RAO SSM Veslefrikk Gerakan Kopel Heave-Pitch
Kondisi Operational Draft
Grafik 4.2
Kurva RAO SSM Veslefrikk Gerakan Kopel Heave-Pitch
53
Kondisi Survival Draft
Grafik 4.3
Kurva Spectrum Gelombang JONSWAP Variasi terhadap
Tinggi Gelombang signifikan
Grafik 4.4
55
Kurva Perbandingan Antara Amplitude Air Gap
SSM Veslefrikk-Hs Kondisi Operational Draft
Grafik 4.8
55
Kurva Spectrum Respon SSM Veslefrikk
Gerakan Kopel Heave-Pitch Kondisi Survival Draft
Grafik 4.7
54
Kurva Spectrum Respon SSM Veslefrikk
Gerakan Kopel Heave-Pitch Kondisi Operational Draft
Grafik 4.6
54
Kurva Spectrum Gelombang JONSWAP Variasi terhadap
Tinggi Gelombang signifikan
Grafik 4.5
53
58
Kurva Perbandingan Antara Amplitude Air Gap
SSM Veslefrikk- Hs Kondisi Survival Draft
- Xlll -
58
DAFTAR LAMPIRAN
LampiranA
Persiapan Model dan Input Data
LampiranB
Perhitungan Gaya/Momen Akibat Gelombang
Lampiran C
Respon SSM Gerak Heave-Pitch
LampiranD
Spektrum Gelombang
LampiranE
Spektrum Respon
-XIV-
DAFTAR NOTASI
a
amplitudo gelombang
az
massa tambah struktur searah sumbu z
b
koefisien redaman
Bp
lebar pontoon
c
=
koefisien pengembali
c
cepat rambat gelombang
Caz
koefisien massa tambah arah z
Co
koefisien redaman
Co
cepat rambat gelombang laut dalam
d
kedalaman laut
dltot
inersia total tiap satuan panjang
dmtot
massa total tiap satuan panjang
dx
elemen tiap satuan panjang arah x
De
=
diameter kolom
Dm
diameter model
Dp
tinggi pontoon
Dp
=
diameter prototipe
f
frekuensi gelombang
Fa
gaya mers1a
Fb
=
gaya redaman
Fe
gaya pengembali
~
sudut putar terhadap sumbu x
2
g
percepatan gravitasi bumi, 9.81 rnfsec
GM
jarak antara titik metacenter (M) dengan titik tekan (G)
"A
panjang gelombang
he
tinggi kolom yang tercelup
hw
tinggi gelombang semu
H
=
tinggi gelombang reguler
11(x,t)
profil gelombang
lyy
jari-jari girasi pitch
k
=
angka gelombang
-XV-
kekakuan hidrostatis gerakan heave
panjang pontoon
panjang prototipe
panjang model
panjang gelombang semu antara dua puncak yang berdekatan
=
panjang gelombang semu dari lintas nol
m
massa struktur
ffis
massa struktur
ffiaz
massa tambah struktur searah sumbu z
0
titik pusat sumbu global
7t
phi, 3.1428571
8
=
sudut putar terhadap sumbu y
jari-jari kolom
r
massa jenis air laut, 1.025 ton/m3
waktu
periode gelombang reguler
=
periode gelombang laut dangkal
periode semu
=
periode lintas nol semu
u
kecepatan benda
X
arah sumbu x
y
arah sumbu y
\Jf
sudut putar terhadapsumbu z
z
perpindahan struktur arah z
z
z
kecepatan struktur searah sumbu z
z
arah sumbu z
s
elevasi gelombang
percepatan struktur searah sumbu z
amplitudo gelombang semu
-XVI-
PENDAHU UAN
BABI
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah
Indonesia sebagai negara kelautan memiliki potensi kekayaan yang berlimpah.
eksplorasi semakin banyak dilakukan di berbagai tempat di wilayah perairan ~ ..~'" .....,.~ ....
dewasa ini. Dengan semakin menipisnya cadangan minyak dan gas bumi di
perairan dangkal, maka mau tidak mau usaha eksplorasi mulai berkembang
perairan dalam seperti perairan di kepulauan Natuna dan di perairan Makasar.
Ketika industri lepas pantai mengambil habis (depletes) reservoir hidrokarbon
bed pada laut dangkal sampai menengah (sampai 500 m), hal ini
peningkatan dalam mencari cadangan minyak di laut yang lebih dalam.
membuat struktur terpancang menjadi tidak ekonomis, sehingga teknologi
struktur terapung, sehingga menyebabkan struktur terapung merupakan pilihan yang ma:sUK
akal untuk operasional industri minyak dan gas. (Ma, 2000).
Seiring dengan perkembangan teknologi eksplorasi minyak dan gas di lepas
~aul
1~'-·a•
teknologi bangunan lepas pantai yang mampu beroperasi diperairan dalam
perkembangan yang cukup signifikan. Hal ini dapat dilihat dari semakin banyaknya
struktur yang dikembangkan dan dioperasikan. Konsep struktur bangunan lepas pantai
dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama, yatu:
1.
Anjungan Terpancang (Fixed Offshore Platform)
Yaitu suatu anjungan yang dalam operasinya bersifat menahan gaya-gaya
"l'~-yr,·
1
tanpa mengalami displacement/deforrnasi yang berarti (Chakrabarti, 1987). Anj
terpancang adalah anjungan yang paling banyak digunakan sampai saat ini.
anjungan terpancang ini hanya layak untuk digunakan pada perairan dengan
"'~ut._
1000 - 1600 ft, karena dengan semakin bertambahnya kedalaman dimana
..u
u.o,~
......
tersebut akan beroperasi maka bertambah tinggi pula biaya
pembuatan anjungan tersebut. Selain itu semakin tinggi sebuah anjungan akan
menyebabkan semakin rendahnya kekakuan yang dimiliki oleh anjungan.
2.
Anjungan terapung (Floating Platform)
Yaitu suatu anjungan yang mempunyai karakter bergerak mengikuti gerakan
1
....,,
.......
·~"'
TUGASAKHIR
(LL 1327)
STUDI ANALISA PREDIKSI RESPON AIR GAP
SEMI SUBMERSIBLE AKIBAT GERAKAN KOPEL
HEAVE-PITCH PADA GELOMBANG ACAK
!< S[Ce__
6q.:J2
~
J'- r
~6j
P E 1t •· \ '
:i 1 !>, ~
A A ft
1 T S
, ..-. -r.. :.
Disusun Oleh:
•·~
.T...11
~
-.-J-..,--+-.!:BIIllll
.....
RO'UF SYAIFUDDIEN
NRP. 4398 100 026
JURUSAN TEKNIK KELAUTAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2005
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI ANALISA PREDIKSI RESPON AIR GAP
SEMI SUBMERSIBLE AKIBAT GERAKAN KOPEL
HEAVE-PITCH PADA GELOMBANG ACAK
NRP : 4398.100.026
Surabaya,
Agustus 2005
~
Mengetabui!Menyetujui
s
-
Dr. Ir. Eko Budi Djatmiko, M,.Sc.
NIP. 131.407.591
Kelautan
(
_,.
Ir.Imam'Rochani, M.Sc.
NIP. 131.417.209
~
toko, M.T.
I}~
.;zts
Q}§
•
0 G . ~/
.
•
• •
,. . __ _,·,$
, ....--.......... ,
•
••
•
00
. .'-'/ 0
~
--------
----
ABSTRAK
Oleh:
Ro 'uf Syaifuddien
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Eko Budi Djatmiko, MSc.
lr. Sujantoko, MT.
Dua studi terpisah yang berkaitan dengan analisa prediksi respon air gap pada struktur terapung
(dalam hal ini semi submersible) diperlihatkan disini. 1) Untuk mengetahui efek gelombang yang
mengakibatkan gerakan struktur terapung. Sehingga dapat diprediksi respon struktur pada gelombang
reguler dan irreguler dengan variasi tinggi gelombang dan sarat akibat gerakan kopel heave-pitch.
Variasi kondisi sarat berdasarkan kondisi operational draft dan survival draft.
2) Untuk mengetahui respon air gap pada tiap-tiap titik tinjauan berbeda pada semi submersible
dengan menyelesaikan statistika respon air gap tiap ditinjau dari tiap titik. Dengan melakukan variasi
tinggi gelombang dan kondisi sarat (operational draft dan survival draft) untuk mengetahui peluang
amplitudo air gap ekstrim ditinjau dari tiap titik. Dengan demikian dapat diketahui batas tinggi
gelombang signifikan, saat kondisi sarat, dan titik tinjauan yang memungkinkan semi submersible
tersebut tidak mengalami slamming (hempasan gelombang pada dek).
Kata-kata Kunci:
air gap, gelombang, heave, irreguler, kopel, pitch, reguler, respon, semi
submersible
- l1l-
ABSTRACT
By:
Ro'ufSyaifuddien
Under Supervision:
Dr. Ir. Eko Budi Djatmiko, MSc.
Ir. Sujantoko, MT.
Two separate studies related to analytical prediction of the air gap for floating structure (in this
semi submersible) presented here. 1) To obtain influence wave effect generating to floating
motion. So we can predicting response of the structure on the reguler and irreguler wave
variation of wave height and draft condition on the coupled heave-pitch motion. Variation of
condition pursuant to operational draft and survival draft condition.
2) To predicting air gap response at different location by examining statistical response at
field points of the semi submersible. With variation of wave height and draft condition (
draft and survival draft) to obtain probability of extreme air gap amplitudo at different
Therefore, the boundary of significant wave height, loaded draft condition at different field ponts
semi submersible can be identified due slamming (wave impact on deck).
Keywords:
air gap, couple, heave, irreguler, pitch, reguler, response, semi sub1me:rsili>ld.
wave.
- lV-
KATAPENGANTAR
Assalaamu' alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillahi Rabbil ' alamin, segala puja dan puji kami panjatkan kepada
- -.~,
SWT, Tuhan seru sekalian alam. Atas Ridlo dan seluruh pertolongan-NYA
penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini, yang
Ridlo dan pertolongan-NYA penulis tak mampu berbuat apa-apa. Terima kasih
Rabb, atas anugerahmu, hambamu dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini uengap
judul :
STUDI ANALISA PREDIKSI RESPON AIR GAP SEMI
AKIBAT GERAKAN KOPEL HEAVE-PITCH P ADA GELOMBANG ACAK
Shalawat dan Salam pasti tercurah kepada junjungan kita Nabi Besar
SAW, yang dengannya Allah SWT menurunkan tuntunan dan rahmat bagi
alam, hidayah yang tiada terkira. Salamku untukmu panutanku, salam dari mrunustll
penuh dosa ini, untukmu Nabiyullah dan Rasulullah, semoga kelak di
syafaatmu dapat menyertaiku.
Penulis telah mengerahkan daya dan upaya demi tersusunnya Tugas Akhir ini '"~UJI·
n"'~
sebaik-baiknya. Akan tetapi tak ada gading yang tak retak, tentunya masih
kekurangan dan kelemahan yang ada dalam penulisan Tugas Akhir ini. Untuk
penulis mengharap banyak kritik dan saran yang membangun demi
men
. gk~it
kualitas Tugas Akhir ini, dan yang terakhir semoga apa yang penulis berikan
Tugas Akhir ini dapat menjadi sumbangan bagi Jurusan Teknik Kelautan
kh1sum
r~
dan Ilmu Pengetahuan pada umumnya.
Amin...
Wassalamualaikum Wr. Wb.
Surabaya, Januari 2005
Penyusun
- v-
UCAPAN TERIMAKASill
Alhamdulillah,segala puji hanya milik Allah Azza Wa Jalla, Rabb seluruh alam.
Dengan segala pertolongan dan hidayah-Mu yaa Allah, hamba-Mu ini dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tanpa Engkau yaa Rabb, hamba-Mu ini takkan
mampu berbuat apa-apa, terima kasih yaa Rabb atas segalanya. Shalawat dan salam
pasti tercurah pada kekasih-Mu, Rasul utusan-Mu, pembawa risalah-risalah-Mu dan
manusia yang Engkau ciptakan sempurna akhlaknya, yaitu Muhammad Rasulullah,
al-amin, semoga aku dapat benar-benar menjadi pengikutmu yaa Rasulullah. Amin.
Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini tidak lepas dari dorongan dan bantuan dari
pihak-pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah memberikan
bantuannya baik itu secara moral maupun fisik:. Untuk itu penulis dengan tulus ikhlas
ingin mengucapkan banyak terima kasih pada pihak-pihak sebagai berikut:
Terimakasih kami ucapkan pada kedua orang tua ku, Hj. Marwijah dan H. Anwar
yang dengan kucuran keringat dan airmata mendorong dan memberi semangat
sehingga dapat melahirkan seorang srujana. Tanpa keringat dan airmata ayah ibu
mungkin aku tidak dapat seperti ini. Dan mohon maaf apabila selama ini kurang
membagi waktu untuk Keluarga sehingga menyusahkan ayah ibu. Semoga Allah
Yang Maha Mengasihi membalas segala curahan kasih sayang dengan rahmat dan
hidayah-Nya. Untuk Saudara-saudariku, mas Didien, bak Lala & mas Bagus serta si
kecil Cia, dan adik:ku Hodjiek, terimakasih atas segala bantuannya, baik moril dan
materiil. Semoga Allah Yang Maha Mengasihi memberikan rahmat dan hidayah
kepada mereka.
Kepada Dr. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc., selaku Dosen Pembimbing I, dan Ir.
Sujantoko, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir dan Dosen Pembimbing II yang
dengan kesabaran tinggi membimbing dan membantu kami sehingga terwujud tugas
akhir ini. Terimakasih atas ilmu pengetahuan yang telah kami dapatkan selama ini
dan mohon maaf yang sebesar-besarnya apabila ada sikap dan perilaku yang kurang
berkenan selama membimbing kami.
- Vl-
Kepada Ir. Imam Rochani, M.Sc. selaku dosen wali sekaligus ketua Jurusan Teknik
Kelautan, yang selama tujuh tahun dengan sabar rnernbirnbing dan rnernberi nasehat
yang sangat bermanfaat. Hanya dengan ucapan terirnakasih kami dapat rnernbalas
segala kernurahan hati Bapak.
Seluruh dosen staf pengajar dan karyawan Jurusan Teknik Kelautan khususnya dan
Fakultas Teknologi Kelautan pada umumnya, kami ucapkan terirnakasih sebesarbesarnya atas segala budi baik yang kami terirna selama ini.
Untuk ternan-ternan segala angkatan yang pemah rneramaikan kampus bersama
kami, khususnya angkatan 98, angkatan rnalam dan angkatan yang
terirnakasih atas kebersarnaan dan segala sumbangsih yang telah kami terirna
:)v1ruu.a 1
ini. Sernoga apa yang kita cita-citakan bersama dapat terwujud.
Seluruh pihak-pihak yang terkait secara langsung rnaupun tidak langsung
terwujudnya tugas akhir ini, kami ucapkan beribu-ribu terirnakasih. Dan apabila
suatu hal yang selama ini tidak berkenan di hati, kami rnohon rnaaf yang set>es;ai
besarnya. Sernoga amal ibadah yang telah kita lakukan diterirna oleh Allah SWT
Dan segala sesuatunya tidak akan rnenjadi sia-sia.
A min.
Surabaya,
Januari 2005
Ro'uf Syaifuddien
- Vll-
DAFTARISI
HALAMAN MUKA
LEMBARPENGESAHAN
ABSTRAK
KATAPENGANTAR
UCAP AN TERIMAKASIH
DAFTARISI
DAFTAR TABEL
DAFTARGAMBAR
DAFTAR GRAFIK
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR NOTASI
PENDAHULUAN
BABI
1.1
Latar belakang Masalah
1.2
Perumusan Masalah
1.3
Tujuan Penulisan
1.4
Manfaat Penulisan
1.5
Batasan Masalah
1.6
Sistematika Penulisan
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
BABII
2.1
Tinjauan Pustaka
1
2.2
Landasan Teori
1
Hukum Kesamaan
1
Kesamaan Geometris
1
2.2.2
Gerakan Struktur Terapung
1
2.2.3
Properti Fisik Semi Submersible
1
2.2.3.1
Komponen Massa
1
2.2.3.2
Konsep Massa Tambah
1
2.2.3.3
Kekakuan Hidrostatis
1
2.2.1
2.2.1.1
- Vlll -
2.2.3.4
2.2.4
Redaman Fluida
Gelombang Laut
2.2.4.1
Gelombang Reguler
2.2.4.2
Teori Gelombang Airy
2.2.4.3
Gelombang Irreguler
2.2.5
Gaya Eksitasi Gelombang
2.2.6
Persamaan Gaya Inviscid
2.2.7
Respon Gerakan Struktur
2.2.8
Respon Air Gap
2.2.9
Respon Amplitudo Operator
2.2.10
Spektrum Energi Gelombang
2.2.11
Spektra Respon
BABIII
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Diagram Alir
3.2
Data
3.3
Metodologi Penelitian
3.4
Metode Analisa
BABIV
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Analisa Hasil
4.1.1
Persiapan Model
4.1.2
Perhitungan Behan Gelombang
4.1.2.1
Perhitungan Gaya yang Bekerja pada Struktur
4.1.2.2
Perhitungan Momen yang Bekerja pada Struktur
4.1.3
Perhitungan Komponen Massa
4.1.3.1
Perhitungan Massa Total Struktur
4.1.3.2
Perhitungan Inersia Total Struktur
4.1.4
Perhitungan Kekakuan Hidrostatis
4.1.5
Frekuensi Natural, Redaman Kritis, dan Rasio Redaman
4.2
5
Pembahasan
- lX-
4.2.1
RAO Semi Submersible
4.2.2
Spektrum Energi Gelombang
4.2.3
Spektrum Respon
4.2.4
Respon Ekstrim Air Gap
BABV
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
5.2
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
-X-
53
DAFTAR TABEL
35
Tabel 3.1
Karakteristik Veslefrikk Platform
Tabel4.1
Hasil Perhitungan Gaya yang Bekerja pada SSM Veslefrikk
41
Kondisi Operational Draft
Tabel4.2
Hasil Perhitungan Gaya yang Bekerja pada SSM Veslefrikk
43
Kondisi Survival Draft
Tabel4.3
Hasil Perhitungan Momen yang Bekerja pada SSM Veslefrikk
45
Kondisi Operational Draft
Tabel4.4
Hasil Perhitungan Momen yang Bekerja pada SSM Veslefrikk
Kondisi Survival Draft
47
Tabel4.5
Perhitungan Massa Pontoon SSM Veslefrikk
49
Tabel4.6
Perhitungan Massa Tambah Pontoon SSM Veslefrikk
50
Tabel4.7
Hasil Perhitungan Massa Total SSM Veslefrikk
50
Tabel4.8
Perhitungan Inersia Pontoon SSM Veslefrikk
50
Tabel4.9
Perhitungan Inersia Tambah Pontoon SSM Veslefrikk
51
Tabel4.10
Hasil Perhitungan Inersia Total SSM Veslefrikk
51
Tabel4.11
Hasil Perhitungan Kekakuan Hidrostatis SSM Veslefrikk
52
Tabel4.12
Hasil Perhitungan Frekuensi Natural Redaman Kritis
52
Rasio Redaman SSM Veslefrikk
Tabel4.13
Zeroth Moment (mo) dan Second Moment (mz) SSM Veslefrikk
56
Kondisi Operational Draft
Tabel4.14
Zeroth Moment (mo) dan Second Moment (mz) SSM Veslefrikk
56
Kondisi Survival Draft
Tabel4.15
Respon Air Gap SSM Veslefrikk Ekstrim
57
Kondisi Operational Draft
Tabel4.16
Respon Air Gap SSM Veslefrikk Ekstrim
57
Kondisi Survival Draft
.............
.
~
. ~ .',
..,.......
. i:: ,...,\. w"'
-XI-
fl":
DAFTAR GAMBAR
4
Gambar 1.1
Perkembangan konfigurasi Semi Submersible
Gambar 1.2
Konfigurasi Semi Submersible
11
Gambar2.2
Enam Derajat Kebebasan Gerakan Struktur Terapung
15
Gambar2.3
Karakteristik Gelombang Reguler
20
Gambar 2.4
Gelombang irreguler yang terbentuk dari beberapa gelombang
Sinusoidal
22
Gambar2.5
Profil gelombang irreguler
24
Gambar 3.1
Diagram Alir Perhitungan Respon
34
Gambar 3.2
Konfigurasi Veslefrikk Platform
36
Gambar 3.3
Perubahan Air Gap Akibat Gerakan Kopel Heave-Pitch
37
Pada Semi Submersible
Gambar 3.4
Empat Titik!Field Point Pada Semi Submersible
Dan Pembagian Srip Pada Pontoon
38
Gambar4.1
Persiapan Pontoon Sebelum Dianalisa
39
Gambar4.2
Gaya Pressure X Area Yang Beketja Pada Pontoon
40
Gambar4.3
Gaya Inersia Yang Beketja Pada Pontoon
40
Gambar4.4
Gaya Yang Beketja Pada Tutup Kolom
41
Gambar4.5
Perhitungan Inersia Pontoon
51
Gambar4.6
Perhitungan Inersia Kolom
51
- Xll-
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1
Kurva RAO SSM Veslefrikk Gerakan Kopel Heave-Pitch
Kondisi Operational Draft
Grafik 4.2
Kurva RAO SSM Veslefrikk Gerakan Kopel Heave-Pitch
53
Kondisi Survival Draft
Grafik 4.3
Kurva Spectrum Gelombang JONSWAP Variasi terhadap
Tinggi Gelombang signifikan
Grafik 4.4
55
Kurva Perbandingan Antara Amplitude Air Gap
SSM Veslefrikk-Hs Kondisi Operational Draft
Grafik 4.8
55
Kurva Spectrum Respon SSM Veslefrikk
Gerakan Kopel Heave-Pitch Kondisi Survival Draft
Grafik 4.7
54
Kurva Spectrum Respon SSM Veslefrikk
Gerakan Kopel Heave-Pitch Kondisi Operational Draft
Grafik 4.6
54
Kurva Spectrum Gelombang JONSWAP Variasi terhadap
Tinggi Gelombang signifikan
Grafik 4.5
53
58
Kurva Perbandingan Antara Amplitude Air Gap
SSM Veslefrikk- Hs Kondisi Survival Draft
- Xlll -
58
DAFTAR LAMPIRAN
LampiranA
Persiapan Model dan Input Data
LampiranB
Perhitungan Gaya/Momen Akibat Gelombang
Lampiran C
Respon SSM Gerak Heave-Pitch
LampiranD
Spektrum Gelombang
LampiranE
Spektrum Respon
-XIV-
DAFTAR NOTASI
a
amplitudo gelombang
az
massa tambah struktur searah sumbu z
b
koefisien redaman
Bp
lebar pontoon
c
=
koefisien pengembali
c
cepat rambat gelombang
Caz
koefisien massa tambah arah z
Co
koefisien redaman
Co
cepat rambat gelombang laut dalam
d
kedalaman laut
dltot
inersia total tiap satuan panjang
dmtot
massa total tiap satuan panjang
dx
elemen tiap satuan panjang arah x
De
=
diameter kolom
Dm
diameter model
Dp
tinggi pontoon
Dp
=
diameter prototipe
f
frekuensi gelombang
Fa
gaya mers1a
Fb
=
gaya redaman
Fe
gaya pengembali
~
sudut putar terhadap sumbu x
2
g
percepatan gravitasi bumi, 9.81 rnfsec
GM
jarak antara titik metacenter (M) dengan titik tekan (G)
"A
panjang gelombang
he
tinggi kolom yang tercelup
hw
tinggi gelombang semu
H
=
tinggi gelombang reguler
11(x,t)
profil gelombang
lyy
jari-jari girasi pitch
k
=
angka gelombang
-XV-
kekakuan hidrostatis gerakan heave
panjang pontoon
panjang prototipe
panjang model
panjang gelombang semu antara dua puncak yang berdekatan
=
panjang gelombang semu dari lintas nol
m
massa struktur
ffis
massa struktur
ffiaz
massa tambah struktur searah sumbu z
0
titik pusat sumbu global
7t
phi, 3.1428571
8
=
sudut putar terhadap sumbu y
jari-jari kolom
r
massa jenis air laut, 1.025 ton/m3
waktu
periode gelombang reguler
=
periode gelombang laut dangkal
periode semu
=
periode lintas nol semu
u
kecepatan benda
X
arah sumbu x
y
arah sumbu y
\Jf
sudut putar terhadapsumbu z
z
perpindahan struktur arah z
z
z
kecepatan struktur searah sumbu z
z
arah sumbu z
s
elevasi gelombang
percepatan struktur searah sumbu z
amplitudo gelombang semu
-XVI-
PENDAHU UAN
BABI
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah
Indonesia sebagai negara kelautan memiliki potensi kekayaan yang berlimpah.
eksplorasi semakin banyak dilakukan di berbagai tempat di wilayah perairan ~ ..~'" .....,.~ ....
dewasa ini. Dengan semakin menipisnya cadangan minyak dan gas bumi di
perairan dangkal, maka mau tidak mau usaha eksplorasi mulai berkembang
perairan dalam seperti perairan di kepulauan Natuna dan di perairan Makasar.
Ketika industri lepas pantai mengambil habis (depletes) reservoir hidrokarbon
bed pada laut dangkal sampai menengah (sampai 500 m), hal ini
peningkatan dalam mencari cadangan minyak di laut yang lebih dalam.
membuat struktur terpancang menjadi tidak ekonomis, sehingga teknologi
struktur terapung, sehingga menyebabkan struktur terapung merupakan pilihan yang ma:sUK
akal untuk operasional industri minyak dan gas. (Ma, 2000).
Seiring dengan perkembangan teknologi eksplorasi minyak dan gas di lepas
~aul
1~'-·a•
teknologi bangunan lepas pantai yang mampu beroperasi diperairan dalam
perkembangan yang cukup signifikan. Hal ini dapat dilihat dari semakin banyaknya
struktur yang dikembangkan dan dioperasikan. Konsep struktur bangunan lepas pantai
dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama, yatu:
1.
Anjungan Terpancang (Fixed Offshore Platform)
Yaitu suatu anjungan yang dalam operasinya bersifat menahan gaya-gaya
"l'~-yr,·
1
tanpa mengalami displacement/deforrnasi yang berarti (Chakrabarti, 1987). Anj
terpancang adalah anjungan yang paling banyak digunakan sampai saat ini.
anjungan terpancang ini hanya layak untuk digunakan pada perairan dengan
"'~ut._
1000 - 1600 ft, karena dengan semakin bertambahnya kedalaman dimana
..u
u.o,~
......
tersebut akan beroperasi maka bertambah tinggi pula biaya
pembuatan anjungan tersebut. Selain itu semakin tinggi sebuah anjungan akan
menyebabkan semakin rendahnya kekakuan yang dimiliki oleh anjungan.
2.
Anjungan terapung (Floating Platform)
Yaitu suatu anjungan yang mempunyai karakter bergerak mengikuti gerakan
1